KR20220120151A - Membrane for wafer polishing head and wafer polishing head with the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a membrane for a wafer polishing head and a wafer polishing head having the same. The membrane for a wafer polishing head comprises: a first layer of a flexible material; and a second layer of a material harder than the first layer over the first layer. The first layer is in contact with a wafer. According to the present invention, it is possible to obtain a membrane that uniformly presses the entire surface of a wafer, and obtain a polishing head having the same.

Description

웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인 및 이를 구비한 웨이퍼 연마 헤드{MEMBRANE FOR WAFER POLISHING HEAD AND WAFER POLISHING HEAD WITH THE SAME}MEMBRANE FOR WAFER POLISHING HEAD AND WAFER POLISHING HEAD WITH THE SAME

본 발명은 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인 및 이를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 균일하게 웨이퍼를 가압할 수 있는 멤브레인 및 이를 구비하고 있는 웨이퍼 연마 헤드에 관한 것이다.The present invention relates to a membrane for a wafer polishing head and a wafer polishing head including the same, and more particularly, to a membrane capable of uniformly pressing a wafer, and a wafer polishing head having the same.

여기서는, 본 발명에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다. Background to the present invention is provided herein, which does not necessarily imply known art.

실리콘 웨이퍼 등의 반도체 웨이퍼(이하, 「웨이퍼」라고 함)를 제조하는 경우, 중요한 공정 중 하나로 웨이퍼의 표면거칠기를 개선함과 함께, 평탄도를 높이기 위한 연마공정이 있다. 최근 디바이스의 고정도(High Precision)화에 수반하여, 디바이스 제작에 이용되는 웨이퍼는 매우 고정도로 평탄화하는 것이 요구되고 있다. 이러한 요구에 대하여, 웨이퍼의 표면을 평탄화하는 기술로서, 화학기계연마(CMP; Chemical Mechanical Polishing)가 이용되고 있다.In the case of manufacturing semiconductor wafers such as silicon wafers (hereinafter, referred to as "wafers"), one of the important processes is a polishing process for improving the surface roughness of the wafer and increasing flatness. With the recent increase in device precision (high precision), wafers used for device fabrication are required to be planarized with a very high degree of accuracy. In response to this demand, as a technique for planarizing the surface of a wafer, chemical mechanical polishing (CMP) is used.

웨이퍼 표면을 연마하는 장치로서, 웨이퍼를 편면씩 연마하는 편면연마장치와, 양면을 동시에 연마하는 양면연마장치가 있다.As an apparatus for polishing the wafer surface, there are a single-side polishing apparatus for polishing a wafer on one side at a time, and a double-side polishing apparatus for polishing both surfaces at the same time.

통상, 웨이퍼의 편면연마공정에서는 매엽식의 웨이퍼 연마 장치(CMP 장치)가 이용된다. 매엽식의 웨이퍼 연마 장치는, 연마포가 접착된 회전 정반과, 연마포 상의 웨이퍼를 가압하면서 보유 지지하는 연마 헤드를 구비하고 있고, 슬러리를 공급하면서 회전 정반 및 연마 헤드를 각각 회전시킴으로써 웨이퍼의 편면을 연마한다.In general, a single-wafer wafer polishing apparatus (CMP apparatus) is used in a wafer single-side polishing process. A single-wafer wafer polishing apparatus includes a rotary platen to which a polishing cloth is adhered, and a polishing head for holding a wafer on the polishing cloth while pressurizing it, and rotates the rotary platen and the polishing head while supplying a slurry, so that one side of the wafer is rotated. polish the

웨이퍼의 전면(全面)을 균일하게 가압하여 웨이퍼면 내의 연마량의 균일성을 높이기 위해, 멤브레인 가압 방식의 연마 헤드를 이용한 웨이퍼 연마 장치가 이용되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 연마 패드 상의 웨이퍼에 가압력을 전달하는 멤브레인과, 멤브레인의 장력을 조정하는 장력 조정 수단을 구비한 웨이퍼 연마 장치가 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는, 웨이퍼면 내의 연마량의 균일화를 도모하기 위해, 멤브레인(탄성체막)의 웨이퍼 보유지지면에 표면 거칠기가 상이한 영역을 동심원 형상으로 배치하고, 외주로부터 반경의 10％ 이상80％ 이하인 제1 영역의 산술 평균 거칠기 Ra가 50㎛ 이상 50㎛ 이하이고, 제1 영역의 내측인 제2 영역의 산술평균 거칠기 Ra가 50㎛ 미만인 연마 헤드가 기재되어 있다. 또한 특허문헌 3에는, 멤브레인의 외주부의 두께가 내주부의 두께보다 얇게하여 멤브레인에 의해 웨이퍼에 전체적으로 균일한 압력이 부가되도록 하였다.In order to uniformly press the entire surface of the wafer to increase the uniformity of the polishing amount within the wafer surface, a wafer polishing apparatus using a membrane pressure polishing head is used. For example, Patent Document 1 describes a wafer polishing apparatus provided with a membrane for transmitting a pressing force to a wafer on a polishing pad, and a tension adjusting means for adjusting the tension of the membrane. Further, in Patent Document 2, in order to achieve uniformity of the amount of polishing in the wafer surface, regions having different surface roughness are arranged concentrically on the wafer holding surface of the membrane (elastic film), and 10% or more of the radius from the outer periphery 80 % or less, wherein the arithmetic mean roughness Ra of the first region is 50 μm or more and 50 μm or less, and the arithmetic mean roughness Ra of the second region inside the first region is less than 50 μm. Further, in Patent Document 3, the thickness of the outer periphery of the membrane is thinner than the thickness of the inner periphery so that a uniform pressure is applied to the wafer by the membrane as a whole.

더 나아가 연마 공정 중에 슬러리, 연마 입자 등의 이물질이 연마 헤드 내부로 유입되는 것을 방지할 필요가 있다. 예를 들어 특허 문헌 4에서는 리테이너 링과 커버 사이에 요홈이 링 형태로 내주면에 형성되어 리테이너 링과 커버 사이에 설치되는 연마 헤드용 탄성 밀봉링을 제공하고 있다.Furthermore, it is necessary to prevent foreign substances such as slurry and abrasive particles from flowing into the polishing head during the polishing process. For example, Patent Document 4 provides an elastic sealing ring for a polishing head in which a recess is formed on the inner peripheral surface in a ring shape between the retainer ring and the cover and is installed between the retainer ring and the cover.

본 발명에서는 웨이퍼에 전체적으로 균일한 압력을 부가하며, 더 나아가 슬러리가 연마 헤드의 내부로 유입되는 것을 방지하는 멤브레인 및 이를 구비한 연마 헤드를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a membrane that applies a uniform pressure to the wafer as a whole and further prevents the slurry from flowing into the polishing head, and a polishing head having the same.

일본공개특허공보 제2003-25217호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2003-25217 일본공개특허공보 제2007-12918호Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2007-12918 한국공개특허공보 제2018-0056742호Korea Patent Publication No. 2018-0056742 한국공개특허공보 제2020-0116219호Korean Patent Publication No. 2020-0116219

이에 대하여 '발명을 실시하기 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Specific Contents for Carrying Out the Invention'.

여기서는, 본 발명의 전체적인 요약(Summary)이 제공되며, 이것이 본 발명의 외연을 제한하는 것으로 이해되어서는 아니된다.A general summary of the present invention is provided herein, which should not be construed as limiting the scope of the present invention.

본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인에 있어서,가요성 재질의 제1 층; 및 제1 층 위에 제1 층보다 단단한 재질의 제2 층;를 포함하며, 제1 층이 웨이퍼와 접촉하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a membrane for a wafer polishing head, comprising: a first layer of a flexible material; and a second layer made of a material harder than the first layer on the first layer, wherein the first layer is in contact with the wafer.

본 발명에 따른 다른 일 태양에 의하면, 웨이퍼 연마 헤드에 있어서, 헤드 본체; 헤드 본체 아래에 위치하는 멤브레인; 헤드 본체 아래에 위치하여 웨이퍼와 멤브레인의 주위를 감싸는 리테이너 링; 및 헤드 본체와 멤브레인 사이에 위치하는 척 플레이트;를 포함하며, 멤브레인은 가요성 재질의 제1 층; 및 제1 층 위에 제1 층보다 단단한 재질의 제2 층;를 포함하며, 제1 층이 웨이퍼와 접촉하고, 척 플레이트는 헤드 본체와 멤브레인 사이에서 이동 가능한 웨이퍼 연마 헤드가 제공된다.According to another aspect of the present invention, there is provided a wafer polishing head, comprising: a head body; a membrane located under the head body; a retainer ring positioned under the head body to wrap around the wafer and the membrane; and a chuck plate positioned between the head body and the membrane, wherein the membrane includes: a first layer of a flexible material; and a second layer made of a material harder than the first layer on the first layer, wherein the first layer is in contact with the wafer, and the chuck plate is movable between the head body and the membrane.

이에 대하여 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용'의 후단에 기술한다.This will be described at the end of 'Specific Contents for Implementation of the Invention'.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 헤드의 일 예를 보여주는 단면도,
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 멤브레인 및 이를 구비한 연마 헤드의 작동원리를 보여주는 도면,
도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 다른 일 예를 보여주는 도면.1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer polishing head according to the present invention;
2 to 4 are views showing the operating principle of the membrane according to the present invention and a polishing head having the same;
5 is a view showing another example of the membrane according to the present invention.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 자세하게 설명한다. 또한 본 명세서에서 상측/하측, 위/아래 등과 같은 방향 표시는 도면을 기준으로 한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Also, in this specification, direction indications such as up/down, up/down, etc. are based on the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 웨이퍼 연마 헤드의 일 예를 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing an example of a wafer polishing head according to the present invention.

웨이퍼 연마 헤드(100)는 헤드 본체(110), 헤드 본체(110) 아래에 위치하는 멤브레인(120), 헤드 본체(110) 아래에 위치하여 웨이퍼(W)와 멤브레인(120)의 주위를 감싸는 리테이너 링(130) 및 헤드 본체(110)와 멤브레인(120) 사이에 위치하는 척 플레이트(140)를 포함한다.The wafer polishing head 100 includes a head body 110 , a membrane 120 positioned under the head body 110 , and a retainer positioned under the head body 110 to surround the wafer W and the membrane 120 . It includes a ring 130 and a chuck plate 140 positioned between the head body 110 and the membrane 120 .

헤드 본체(110)는 구동부(미도시)에 연결되어 회전 구동력을 전달받아 회전한다. 구동부의 구성은 공지된 기술로 상세한 설명은 생략한다. The head body 110 is connected to a driving unit (not shown) and rotates by receiving rotational driving force. The configuration of the driving unit is a known technique and detailed description thereof will be omitted.

멤브레인(120)은 웨이퍼(W)와 접촉하는 제1 층(121), 제1 층(121) 위에 위치하는 제2 층(122) 및 고정부(123)를 포함할 수 있다. 제1 층(121)은 가요성 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어 가요성의 재질로는 불소계 고무, 부틸고무, 클로로프렌고무, 우레탄고무, 실리콘고무 중 하나일 수 있다. 제2 층(122)은 제1 층(121)보다 단단한 재질로 형성되는 것이 바람직하며 도 4에서 다시 설명한다. 고정부(123)는 멤브레인(120)의 가장자리에서 제2 층(122)을 제1 층(121) 방향으로 눌러주어 멤브레인(120)을 가압하는 경우 제2 층(122)이 제1 층(121)으로부터 박리되거나 멤브레인(120)의 가장자리 부분이 우는 것을 방지할 수 있다. 또한 멤브레인(120)은 가압과정에서 슬러리가 연마 헤드(100) 내부에 흘러들어 가는 것을 방지하기 위해 돌기(124)를 포함할 수 있다. 돌기(124)의 원리는 도 3에서 다시 설명한다.The membrane 120 may include a first layer 121 in contact with the wafer W, a second layer 122 positioned on the first layer 121 , and a fixing part 123 . The first layer 121 may be formed of a flexible material. For example, the flexible material may be one of fluorine-based rubber, butyl rubber, chloroprene rubber, urethane rubber, and silicone rubber. The second layer 122 is preferably formed of a harder material than the first layer 121 and will be described again with reference to FIG. 4 . When the fixing part 123 presses the second layer 122 from the edge of the membrane 120 in the direction of the first layer 121 to press the membrane 120 , the second layer 122 becomes the first layer 121 . ) from peeling or the edge portion of the membrane 120 can be prevented from crying. In addition, the membrane 120 may include a protrusion 124 to prevent the slurry from flowing into the polishing head 100 during the pressing process. The principle of the protrusion 124 will be described again with reference to FIG. 3 .

리테이너 링(130)은 연마 패드(P)의 상면 및 웨이퍼(W)의 외측면과 직접 접촉하는 하부 리테이너 링(132) 및 하부 리테이너 링(132)의 상부에 위치하는 상부 리테이너 링(131)를 포함한다. 리테이너 링(130)은 하부 리테이너 링(132)과 상부 리테이너 링(131)으로 각각 이루어질 수 있지만, 일체적인 하나로 이루어질 수도 있다. 하부 리테이너 링(132)은 웨이퍼(W)의 외측면 및 연마 패드(P)의 상면에 접촉한 상태로 놓여지며, 멤브레인(120)과 직접적인 연결 관계를 갖는 플레이트 구조체일 수 있다. The retainer ring 130 includes a lower retainer ring 132 in direct contact with the upper surface of the polishing pad P and the outer surface of the wafer W, and an upper retainer ring 131 positioned on the lower retainer ring 132 . include The retainer ring 130 may include a lower retainer ring 132 and an upper retainer ring 131 , respectively, but may be formed as an integral one. The lower retainer ring 132 is placed in contact with the outer surface of the wafer W and the upper surface of the polishing pad P, and may be a plate structure having a direct connection relationship with the membrane 120 .

척 플레이트(140)는 헤드 본체(110)와 멤브레인(120) 사이에서 이동 가능하다. 척 플레이트(140)는 다수의 부분으로 분리된 것처럼 보이지만 결합수단(141, 예 : 나사)에 의해 서로 연결되어 있다. 척 플레이트(140)가 헤드 본체(110)와 멤브레인(120) 사이에서 이동하는 것은 도 2 및 도 3에서 다시 설명한다.The chuck plate 140 is movable between the head body 110 and the membrane 120 . Although the chuck plate 140 appears to be separated into a plurality of parts, they are connected to each other by coupling means 141 (eg, screws). The movement of the chuck plate 140 between the head body 110 and the membrane 120 will be described again with reference to FIGS. 2 and 3 .

연마 헤드(100) 외부에 배치된 압력 제어부(미도시)는 공기 유입구(160)를 통해 연마 헤드(100) 내부로 공기가 들어가는 것을 제어한다. 연마 헤드(100) 내부에 들어간 공기는 척 플레이트(140)와 멤브레인(120) 사이에 위치하는 제1 챔버(150) 및 헤드 본체(110)와 척 플레이트(140) 사이에 위치하는 제2 챔버(151)로 로 이동한다. 제1 챔버(150)로 이동한 공기는 멤브레인(120)를 가압하고 제2 챔버(151)로 이동한 공기는 척 플레이트(140)를 가압하여 웨이퍼(W)에 균일한 압력을 부가하여 웨이퍼(W)를 연마 패드(P) 방향으로 이동시킬 수 있다. 자세한 설명은 도 2에서 다시 한다. 압력 제어부(미도시)를 통해 제어되는 것은 공기 이외에 공기와 같은 성질을 갖는 모든 유체(예 : 물)로 제한없이 가능하다.A pressure controller (not shown) disposed outside the polishing head 100 controls the air entering the polishing head 100 through the air inlet 160 . The air entering the polishing head 100 is supplied to a first chamber 150 positioned between the chuck plate 140 and the membrane 120 and a second chamber positioned between the head body 110 and the chuck plate 140 ( 151) to go to . The air moving to the first chamber 150 presses the membrane 120 and the air moving to the second chamber 151 presses the chuck plate 140 to apply a uniform pressure to the wafer W, W) may be moved in the direction of the polishing pad P. A detailed description will be given again in FIG. 2 . Control through the pressure controller (not shown) is possible without limitation with any fluid (eg, water) having air-like properties other than air.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 작동원리를 설명하는 도면이다.2 to 4 are views for explaining the operating principle of the present invention.

설명의 편의를 위해 도 2 및 도 4는 개념도로 간략히 기재하였으며, 도 3은 도 1에 기재된 네모(142) 부분을 확대한 도면이다. 도 2 및 도 4는 개념도로 각 부분의 크기는 설명을 위해 확대 및 축소된 것으로 실재 크기를 나타내는 것이 아니다. For convenience of explanation, FIGS. 2 and 4 are schematically described as conceptual diagrams, and FIG. 3 is an enlarged view of the square 142 of FIG. 1 . 2 and 4 are conceptual views, and the size of each part is enlarged and reduced for explanation, and does not represent the actual size.

도 2(a)는 헤드 본체(110), 멤브레인(120), 리테이너 링(130), 척 플레이트(140), 웨이퍼(W) 및 연마 패드(P)를 설명의 편의를 위해 간략히 도시하였다. FIG. 2( a ) schematically illustrates the head body 110 , the membrane 120 , the retainer ring 130 , the chuck plate 140 , the wafer W and the polishing pad P for convenience of description.

제1 챔버(150)에 공기가 유입되어 멤브레인(120)을 가압하는 경우 멤브레인(120)이 연마 패드(P) 방향으로 내려오면서 접촉하고 있는 웨이퍼(W)를 가압하여 웨이퍼(W)도 연마 패드(P) 방향으로 내려온다. 또한 제2 챔버(151)에 공기가 유입되어 척 플레이트(140)를 가압하는 경우 척 플레이트(140)가 연마 패드(P) 방향으로 내려오고 척 플레이트(140)와 멤브레인(120) 사이의 간격은 제1 챔버(150)에 의해 유지되어 멤브레인(120)도 연마 패드(P) 방향으로 내려오기 때문에 멤브레인(120)과 접촉하고 있는 웨이퍼(W)도 연마 패드(P) 방향으로 내려온다. 압력 제어부(미도시)에 의해 제1 챔버(150) 또는 제2 챔버(151)에 각각 공기가 채워지거나 제1 챔버(150)에 공기가 채워진 후 제2 챔버(151)에 공기가 채워지거나 반대로 제2 챔버(151)에 공기가 채워진 후 제1 챔버(150)에 공기가 채워질 수 있다. 각각의 제어 방법에 따라 웨이퍼(W)가 연마 패드(P) 방향으로 내려오는 정도가 달라져 웨이퍼(W)와 연마 패드(P) 사이의 거리가 조절될 수 있다. 즉 도 2(a)의 초기 상태에서 도 2(b) 및 도 2(c)와 같이 제1 챔버(150) 또는 제2 챔버(151)를 통한 가압으로 웨이퍼(W)와 연마 패드(P) 사이의 거리(L)가 조절되어 웨이퍼(W)의 연마 속도를 조절할 수 있다. 즉 본 발명에 따르면 웨이퍼(W)와 연마 패드(P) 사이의 거리(L)가 조절되고 웨이퍼(W)와 연마 패드(P) 사이의 거리(L)에 따라 연마 패드(P)와 웨이퍼(W) 사이의 접촉압력이 달라져 연마 속도가 조절될 수 있는 것이다. 특히 웨이퍼(W) 엣지부분의 연마속도 조절에 더 큰 효과가 있다.When air is introduced into the first chamber 150 to pressurize the membrane 120 , the membrane 120 descends in the direction of the polishing pad P and presses the wafer W in contact with the wafer W as well as the polishing pad. (P) direction. In addition, when air is introduced into the second chamber 151 to pressurize the chuck plate 140 , the chuck plate 140 descends in the direction of the polishing pad P and the gap between the chuck plate 140 and the membrane 120 is Since the membrane 120 is also held by the first chamber 150 and descends in the direction of the polishing pad P, the wafer W in contact with the membrane 120 also descends in the direction of the polishing pad P. Air is filled in the first chamber 150 or the second chamber 151 by a pressure controller (not shown), respectively, or after the first chamber 150 is filled with air, the second chamber 151 is filled with air or vice versa After the second chamber 151 is filled with air, the first chamber 150 may be filled with air. The degree to which the wafer W descends in the direction of the polishing pad P varies according to each control method, so that the distance between the wafer W and the polishing pad P may be adjusted. That is, the wafer W and the polishing pad P are pressed through the first chamber 150 or the second chamber 151 as shown in FIGS. 2(b) and 2(c) in the initial state of FIG. 2(a). The distance L between them may be adjusted to control the polishing rate of the wafer W. That is, according to the present invention, the distance L between the wafer W and the polishing pad P is adjusted, and the polishing pad P and the wafer ( The contact pressure between W) is changed so that the polishing rate can be adjusted. In particular, there is a greater effect in controlling the polishing rate of the edge portion of the wafer (W).

그런데 도 2(a)을 보면 웨이퍼(W)와 연마 패드(P) 사이에 화학적 연마를 위해 슬러리(S)가 유입된 경우 종래의 연마 헤드에서는 웨이퍼(W)가 연마 패드(P) 방향으로 내려오면서 슬러리(S)가 연마 헤드 내부로 흘러들어 갈 위험이 있지만 본 발명에서는 도 2(b)와 같이 멤브레인(120)에 구비된 돌기(124)에 의해 슬러리(S)가 연마 헤드(100) 내부로 흘러들어 가는 위험을 방지할 수 있다. 즉 도 1에 기재된 네모(142) 부분을 확대한 도 3을 보면 멤브레인(120)에 구비된 돌기(124)가 하부 리테이너 링(132)과 접촉하여 슬러리가 연마 헤드(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 더 나아가 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이는 간격의 크기가 변동하는 변동간격(143)을 구비하고 있으며 변동간격(143)은 본 발명에서 중요하다. 즉 제2 챔버(151)에 유입되는 공기의 양에 따라 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이의 변동간격(143)의 크기가 변하면서 척 플레이트(140)는 헤드 본체(110)와 멤브레인(120) 사이에서 이동할 수 있다. 제2 챔버(151)에 공기가 유입되기 전에 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이의 변동간격(143)의 크기가 가장 작을 수 있다. 이 때 변동간격(143)의 크기는 멤브레인(120) 제1 층(121)에 구비된 돌기(124)의 높이보다 작은 것이 바람직하다. 즉 변동간격(143)의 크기가 가장 작은 경우에 변동간격(143)의 크기가 제1 층(121)에 구비된 돌기(124)의 높이보다 큰 경우에 돌기(124)가 하부 리테이너 링(132)과 접촉한 상태에서 도 3(b)와 같이 변동간격(143)과 돌기(124)의 높이 차이만큼 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이가 벌어져 있기 때문에 슬러리가 돌기(124)와 하부 리테이너 링(132) 사이로 흘러들어오면 돌기(124)가 하부 리테이너 링(132) 위로 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이가 벌어져 있는 변동간격(143) 만큼 떠 슬러리가 연마 헤드(100) 내부로 유입될 수 있지만 변동간격(143)의 크기가 가장 작은 경우에 변동간격(143)의 크기가 제1 층(121)에 구비된 돌기(124)의 높이보다 작은 경우에는 도 3(c)와 같이 제2 챔버(151)에 공기가 유입되기 전에도 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110)는 접촉하고 돌기(124)의 높이와 변동간격(143)의 크기 차이만큼 돌기(124)를 누르는 힘이 작용하여 슬러리가 연마 헤드(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 제2 챔버(151)에 공기가 유입되어 변동간격(143)의 크기가 커져 척 플레이트(140)와 헤드 본체(110) 사이가 벌어져 있는 경우에는 공기가 척 플레이트(140)를 누르는 힘에 의해 돌기(124)를 누르는 힘이 작용하여 슬러리가 연마 헤드(100) 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한 척 플레이트(140)가 돌기(124)를 누르는 힘이 전달되기 위해서 돌기(124)는 고정부(123) 아래에 위치하는 것이 바람직하며 고정부(123)는 척 플레이트(140)가 누르는 힘이 전달될 정도의 강성을 갖고 있는 것이 바람직하다. 또한 돌기(124)는 가요성 재질로 누르는 힘에 의해 높이가 변동될 수 있는 것이 바람직하다.However, referring to FIG. 2A , when the slurry S is introduced between the wafer W and the polishing pad P for chemical polishing, in the conventional polishing head, the wafer W is lowered in the direction of the polishing pad P. Although there is a risk that the slurry S flows into the polishing head as it comes, in the present invention, the slurry S is moved inside the polishing head 100 by the protrusions 124 provided on the membrane 120 as shown in FIG. 2(b). to avoid the risk of spillage. That is, referring to FIG. 3, which is an enlarged view of the square 142 described in FIG. 1 , the protrusion 124 provided on the membrane 120 comes into contact with the lower retainer ring 132 so that the slurry flows into the polishing head 100 . can be prevented Furthermore, between the chuck plate 140 and the head body 110, there is provided a variation interval 143 in which the size of the interval fluctuates, and the variation interval 143 is important in the present invention. That is, the size of the variation interval 143 between the chuck plate 140 and the head body 110 is changed according to the amount of air introduced into the second chamber 151 , and the chuck plate 140 is formed between the head body 110 and the head body 110 . It can move between the membranes 120 . Before air is introduced into the second chamber 151 , the size of the variation interval 143 between the chuck plate 140 and the head body 110 may be the smallest. In this case, the size of the variation interval 143 is preferably smaller than the height of the protrusion 124 provided on the first layer 121 of the membrane 120 . That is, when the size of the fluctuation interval 143 is the smallest and when the size of the fluctuation interval 143 is greater than the height of the projection 124 provided in the first layer 121 , the projection 124 is the lower retainer ring 132 . ) in contact with the chuck plate 140 and the head body 110 by the difference in height of the fluctuating interval 143 and the protrusion 124 as shown in FIG. When it flows into the lower retainer ring 132 , the protrusion 124 floats on the lower retainer ring 132 by the variable interval 143 that is spaced between the chuck plate 140 and the head body 110 , so that the slurry is transferred to the polishing head 100 . ) can be introduced into the interior, but in the case where the size of the fluctuation interval 143 is the smallest, when the size of the fluctuation interval 143 is smaller than the height of the protrusion 124 provided in the first layer 121, Fig. 3(c) ), even before air is introduced into the second chamber 151, the chuck plate 140 and the head body 110 are in contact and the protrusions 124 by the difference between the height of the protrusions 124 and the size of the fluctuation interval 143. A pressing force may be applied to prevent the slurry from flowing into the polishing head 100 . In addition, when air is introduced into the second chamber 151 and the size of the fluctuation interval 143 is increased and the gap between the chuck plate 140 and the head body 110 is widened, the air is pressed by the force pressing the chuck plate 140 . The force pressing the protrusion 124 may act to prevent the slurry from flowing into the polishing head 100 . In addition, in order for the chuck plate 140 to transmit the force pressing the protrusion 124 , the protrusion 124 is preferably located below the fixing part 123 , and the fixing part 123 is the chuck plate 140 , the force pressed by the chuck plate 140 . It is desirable to have enough rigidity to be transmitted. In addition, it is preferable that the protrusion 124 is made of a flexible material, and its height can be changed by a pressing force.

또한 멤브레인(120)이 연마 패드(P) 방향으로 내려오는 경우 도 2(b) 및 도 2(c)와 같이 멤브레인(120)이 편평하게 내려와 웨이퍼(W)를 균일하게 가압하지 않고 도 4(a)와 같이 휘어져서 내려와 웨이퍼(W)를 균일하지 않게 가압하는 문제가 있었다. 이것은 멤브레인(120)이 잘 휘어지는 가요성 재질로 형성되기 때문이다. 본 발명에서는 도 4(b)와 같이 멤브레인(120)이 가요성 재질의 제1 층(121) 위에 제1 층(121)보다 단단한 재질로 된 제2 층(122)을 구비하여 도 4(a)에 기재된 문제를 완화하였다. 다만 제1 층(121)보다 제2 층(122)의 재질이 단단하기 때문에 제2 층(122)의 두께가 제1 층(121)보다 얇은 것이 바람직하다. 단단한 재질의 제2 층(122)이 제1 층(121)보다 더 두꺼운 경우 멤브레인(120)의 본래의 기능을 위한 가요성이 떨어지기 때문이다. In addition, when the membrane 120 descends in the direction of the polishing pad P, the membrane 120 comes down flat as shown in FIGS. As in a), there was a problem in that the wafer W was not uniformly pressed down by bending. This is because the membrane 120 is formed of a flexible material that bends well. In the present invention, the membrane 120 is provided with a second layer 122 made of a harder material than the first layer 121 on the first layer 121 of a flexible material as shown in FIG. ) has been alleviated. However, since the material of the second layer 122 is harder than that of the first layer 121 , the thickness of the second layer 122 is preferably thinner than that of the first layer 121 . This is because, when the second layer 122 made of a hard material is thicker than the first layer 121 , the flexibility for the original function of the membrane 120 is reduced.

도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 다른 일 예를 보여주는 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing another example of the membrane according to the present invention.

설명의 편의를 위해 멤브레인(120')만 도시하였다.For convenience of description, only the membrane 120' is shown.

멤브레인(120')은 가요성 재질의 제1 층(121), 제1 층(121) 위에 제1 층(121)보다 단단한 재질의 제2 층(122), 제2 층(122) 위에 제2 층(122)보다 가요성이 큰 재질로 된 제3 층(125)을 포함하고 있다. 고정부(123)에 의해 멤브레인(120)의 가장자리가 아래 방향으로 가압될 때 단단한 재질로 된 제2 층(122)이 고정부(123)에 직접 접촉하는 경우 제2 층(122)이 찢길 수 있어 제2 층(122) 위에 제2 층(122)보다 가요성이 큰 재질로 된 제3 층(125)을 형성하여 제3 층(125)이 고정부(123)에 직접 접촉하도록 하여 이러한 문제를 완화하였다. 제1 층(121)과 제3 층(125)은 동일한 재질로 형성될 수 있다. 도 5에 기재된 내용을 제외하고 도 5에 기재된 멤브레인(120')은 도 1 내지 도 4에 기재된 멤브레인(120)과 실질적으로 동일하다.The membrane 120 ′ includes a first layer 121 made of a flexible material, a second layer 122 made of a harder material than the first layer 121 on the first layer 121 , and a second layer 122 on the second layer 122 . It includes a third layer 125 made of a material that is more flexible than the layer 122 . When the edge of the membrane 120 is pressed down by the fixing part 123 and the second layer 122 made of a hard material directly contacts the fixing part 123, the second layer 122 may be torn. This problem is caused by forming a third layer 125 made of a material that is more flexible than the second layer 122 on the second layer 122 so that the third layer 125 is in direct contact with the fixing part 123 . was alleviated. The first layer 121 and the third layer 125 may be formed of the same material. Except as described in FIG. 5 , the membrane 120 ′ described in FIG. 5 is substantially the same as the membrane 120 described in FIGS. 1 to 4 .

이하 본 발명의 다양한 실시 형태에 대하여 설명한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described.

(1) 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인에 있어서, 가요성 재질의 제1 층; 및 제1 층 위에 제1 층보다 단단한 재질의 제2 층;를 포함하며, 제1 층이 웨이퍼와 접촉하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.(1) A membrane for a wafer polishing head, comprising: a first layer of a flexible material; and a second layer made of a material harder than the first layer on the first layer, wherein the first layer is in contact with the wafer.

(2) 제2 층의 두께는 제1 층의 두께보다 얇은 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.(2) A membrane for a wafer polishing head in which the thickness of the second layer is smaller than that of the first layer.

(3) 제2 층의 가장자리에 위치하는 고정부를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.(3) A membrane for a wafer polishing head comprising a fixing portion positioned at an edge of the second layer.

(4) 제1 층은 웨이퍼와 접촉하는 방향에 돌기를 포함하며, 돌기 바로 위에 고정부가 위치하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.(4) A membrane for a wafer polishing head in which the first layer includes a protrusion in a direction in contact with the wafer, and a fixing portion is located directly above the protrusion.

(5) 제2 층 위에 제2 층보다 가요성이 큰 재질로 형성된 제3 층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.(5) A membrane for a wafer polishing head including a third layer formed of a material more flexible than the second layer on the second layer.

(6) 웨이퍼 연마 헤드에 있어서, 헤드 본체; 헤드 본체 아래에 위치하는 (1) 내지 (5) 멤브레인 중 어느 한 멤브레인; 헤드 본체 아래에 위치하여 웨이퍼와 멤브레인의 주위를 감싸는 리테이너 링; 및 헤드 본체와 멤브레인 사이에 위치하는 척 플레이트;를 포함하며, 척 플레이트는 헤드 본체와 멤브레인 사이에서 이동 가능한 웨이퍼 연마 헤드.(6) A wafer polishing head, comprising: a head body; any one of (1) to (5) membranes located below the head body; a retainer ring positioned under the head body to wrap around the wafer and the membrane; and a chuck plate positioned between the head body and the membrane, wherein the chuck plate is movable between the head body and the membrane.

(7) 척 플레이트와 멤브레인 사이에 제1 챔버가 위치하며, 헤드 본체와 척 플레이스 사이에 제2 챔버가 위치하는 웨이퍼 연마 헤드.(7) A wafer polishing head in which a first chamber is positioned between the chuck plate and the membrane, and a second chamber is positioned between the head body and the chuck place.

(8) 리테이너 링은 상부 리테이너 링과 하부 리테이너 링을 포함하며, 척 플레이트의 이동에 의해 웨이퍼가 하부 리테이너 링의 두께 범위 내에서 이동하는 웨이퍼 연마 헤드.(8) A wafer polishing head in which the retainer ring includes an upper retainer ring and a lower retainer ring, and the wafer moves within a thickness range of the lower retainer ring by movement of the chuck plate.

(9) 제1 챔버 및 제2 챔버 중 적어도 하나를 사용한 가압으로 웨이퍼와 연마패드 사이의 거리를 조절할 수 있는 웨이퍼 연마 헤드.(9) A wafer polishing head capable of adjusting the distance between the wafer and the polishing pad by pressing using at least one of the first chamber and the second chamber.

본 발명에 의하면, 웨이퍼의 전면을 균일하게 가압하는 멤브레인 및 이를 구비한 연마 헤드를 얻을 수 있다.According to the present invention, it is possible to obtain a membrane that uniformly presses the entire surface of a wafer and a polishing head having the same.

연마 헤드 : 100
헤드 본체 : 110
멤브레인 : 120, 120'
리테이너 링 : 130
척 플레이트 : 140Polishing head: 100
Head body: 110
Membrane: 120, 120'
Retainer Ring: 130
Chuck plate: 140

Claims (9)

웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인에 있어서,
가요성 재질의 제1 층; 및
제1 층 위에 제1 층보다 단단한 재질의 제2 층;를 포함하며,
제1 층이 웨이퍼와 접촉하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.A membrane for a wafer polishing head, comprising:
a first layer of flexible material; and
Includes; a second layer made of a harder material than the first layer on the first layer;
A membrane for a wafer polishing head in which the first layer is in contact with the wafer. 제1항에 있어서,
제2 층의 두께는 제1 층의 두께보다 얇은 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.According to claim 1,
A membrane for a wafer polishing head, wherein the thickness of the second layer is smaller than the thickness of the first layer. 제1항에 있어서,
제2 층의 가장자리에 위치하는 고정부를 포함하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.According to claim 1,
A membrane for a wafer polishing head comprising a fixture positioned at an edge of the second layer. 제3항에 있어서,
제1 층은 웨이퍼와 접촉하는 방향에 돌기를 포함하며,
돌기 바로 위에 고정부가 위치하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.4. The method of claim 3,
The first layer includes a protrusion in a direction in contact with the wafer,
Membrane for a wafer polishing head with a fixture positioned just above the protrusion. 제1항에 있어서,
제2 층 위에 제2 층보다 가요성이 큰 재질로 형성된 제3 층을 포함하는 웨이퍼 연마 헤드용 멤브레인.According to claim 1,
A membrane for a wafer polishing head, comprising: a third layer formed on the second layer of a material that is more flexible than the second layer. 웨이퍼 연마 헤드에 있어서,
헤드 본체;
헤드 본체 아래에 위치하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 멤브레인;
헤드 본체 아래에 위치하여 웨이퍼와 멤브레인의 주위를 감싸는 리테이너 링; 및
헤드 본체와 멤브레인 사이에 위치하는 척 플레이트;를 포함하며,
척 플레이트는 헤드 본체와 멤브레인 사이에서 이동 가능한 웨이퍼 연마 헤드.A wafer polishing head comprising:
head body;
a membrane according to any one of claims 1 to 5 located below the head body;
a retainer ring positioned under the head body to wrap around the wafer and the membrane; and
a chuck plate positioned between the head body and the membrane; and
The chuck plate is a wafer polishing head that is movable between the head body and the membrane. 제6항에 있어서,
척 플레이트와 멤브레인 사이에 제1 챔버가 위치하며,
헤드 본체와 척 플레이스 사이에 제2 챔버가 위치하는 웨이퍼 연마 헤드.7. The method of claim 6,
A first chamber is positioned between the chuck plate and the membrane,
A wafer polishing head having a second chamber positioned between the head body and the chuck place. 제6항에 있어서,
리테이너 링은 상부 리테이너 링과 하부 리테이너 링을 포함하며,척 플레이트의 이동에 의해 웨이퍼가 하부 리테이너 링의 두께 범위 내에서 이동하는 웨이퍼 연마 헤드.7. The method of claim 6,
The retainer ring includes an upper retainer ring and a lower retainer ring, wherein a wafer is moved within a thickness range of the lower retainer ring by movement of the chuck plate. 제7항에 있어서,
제1 챔버 및 제2 챔버 중 적어도 하나를 사용한 가압으로 웨이퍼와 연마패드 사이의 거리를 조절할 수 있는 웨이퍼 연마 헤드.8. The method of claim 7,
A wafer polishing head capable of adjusting a distance between a wafer and a polishing pad by pressing using at least one of a first chamber and a second chamber.
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